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霍金致力于他那个世纪最伟大的问题 , 即爱因斯坦引力理论和量子理论的最终统一 。 因此 , 他对优美而自洽的十维理论感到惊奇 。 实际上 , 他就是用对这一理论的讨论来结束他的《时间简史》的 。
弦理论起初是一种量子理论 , 后来则吸收了爱因斯坦的引力理论 。 霍金是作为纯粹的经典相对论专家而不是量子理论专家开始研究的 , 他和他的同事哈特尔从爱因斯坦的经典宇宙出发 , 然后对整个宇宙进行量子化 。
宇宙的波函数霍金是量子宇宙学这一学科的创始者之一 。 刚开始的时候 , 这在术语上看起来像是矛盾的 。 量子这个词用在极微小的夸克和中微子世界中 , 而宇宙学意味着几乎是无限宽广的外层空间 。 但是 , 霍金认为 , 宇宙学的最终问题只能用量子理论来解决 。 霍金把量子宇宙学用于这个问题的最终的量子结论 。 这个结论允许存在无限多个平行宇宙 。
量子理论的出发点是波函数 , 它描述粒子所有可能的状态 。 波函数像雷雨云一样填充在整个空间 。 同样 , 在某一点波函数的值越大 , 那么在该点找到电子的概率也越大 。 与此相类似 , 波函数可以跟大物体(例如人)联系在一起 。 霍金的新思想 , 是把整个字宙看成一个量子粒子 。 通过重复一些简单的步骤 , 我们会获得一些令人大开眼界的结论 。
我们从描述一组所有可能宇宙的波函数开始 。 这意味着 , 霍金理论的出发点必定是一组无限多的平行宇宙 , 即宇宙的波函数 。 霍金用宇宙这个词代替粒子 。 他的这个相当简单的分析 , 已经导致我们在宇宙学思想上的概念性革命 。
根据这一般景 , 宇宙的波函数遍及所有可能的宇宙 。 假设波函数在靠近我们自己宇宙的地方相当大 , 因此正如我们所期望的那样 , 我们宇宙很可能就是一个合适的宇宙 。 然而 , 波函数遍及所有的其他宇宙 , 甚至到了那些没有生命以及与我们所熟知的物理定律不相容的宇宙中 。 由于波函数被认为在其他这些宇宙衰减至非常小 , 因此我们预期在不远的将来我们宇宙将不会通过量子跃迁而成为那样的宇宙 。
量子宇宙学家所面对的目标 , 就是在数学上证明这种猜想 , 即证明宇宙的波函数对我们现在的宇宙是大的 , 而对其他宇宙则衰减到很小 。 然后由此进一步证明我们所熟悉的宇宙在某种意义上是独一无二的 , 也是稳定的 。 目前 , 量子宇宙学家还不能解决这个重要难题 。
如果我们严肃对待霍金的思想 , 这意味着 , 我们必须从分析无限多个所有可能存在的相互共存的宇宙开始 。 宇宙这个词的定义不再是“存在的一切”了 。 现在 , 它的意思是“可能存在的一切” 。 例如 , 下图中 , 我们看到宇宙的波函数如何散布到若干可能的宇宙上 。 霍金的量子宇宙学还假定 , 宇宙波函数允许宇宙相互碰撞 。 虫洞可以发展和连接这些宇宙 。
例如 , 考虑悬浮在空气中的一大群肥皂泡 。 在正常情况下 , 每一个肥皂泡都像是一个独立的宇宙 , 除了它不时与另一个肥皂泡相撞形成一个更大的肥皂泡 , 或者分裂成两个更小的肥皂泡外 。 差别仅仅在于 , 每一个肥皂泡现在都是十维宇宙 。 由于时空只存在于每一个泡上 , 因此在泡与泡之间不存在这样的时空 。 每一个宇宙都拥有它自含的“时间” 。 这些宇宙中的绝大多数是死宇宙 , 无任何生命可言 。 在这些字宙中 , 物理定律是不一样的 , 因此无法满足使生命成为可能的物理条件 。 也许在数以十亿计的平行宇宙中只有一个宇宙(即我们宇宙)有一组合适的物理定律允许生命存在 。
被修正了的薛定谔猫因为霍金的婴孩宇宙和虫洞理论发挥了量子理论的作用 , 所以它不可避免重新引发了至今仍旧没有解决的与它的基础有关的争论 。 霍金的宇宙波函数没有完全解决量子理论的这些佯谬 , 它仅仅表达了一种令人震惊的新观点 。
量子理论认为 , 对每一个物体都存在一个波函数 , 它表征在时空中某一特定点上找到物体的概率 。 量子理论还认为 , 在你对粒子进行观测之前 , 你永远不会确切知道它的状态 。 在进行测量之前 , 粒子可能处在各式各样状态中的一个上 。 所有这些状态都由薛定谔波函数来描述 。 因此 , 在作出观测或者测量之前 , 你不能够确切知道粒子的状态 。 实际上 , 在测量之前粒子存在于冥态 , 它是所有可能状态的总和 。
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